Понятие системного программного обеспечения: назначение, возможности, структура; операционные системы.

Программное обеспечение ЭВМ - это совокупность программ, процедур и правил вместе со связанной с этими компонентами документацией, которая позволяет использовать ЭВМ для решения различных задач.

Необходимость в разработке программного обеспечения обуславливается следующими обстоятельствами:

- обеспечить работоспособность ЭВМ, так как без программного обеспечения ЭВМ не может работать;

- облегчить взаимодействие компьютера с пользователем;

- сократить цикл от постановки задачи до получения результата ее решения на ЭВМ;

- повысить эффективность использования ресурсов ЭВМ.

Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь – многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней.

Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию, показанную на рисунке. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такая классификация удобна для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации технического обслуживания. Каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы в целом. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

Базовый уровень программного обеспечения

Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования, и хранится в специальных микросхемах, называемых постоянным запоминающим устройством (ПЗУ – Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства или, в случае необходимости в перепрограммируемых постоянных запоминающих устройствах специальным способом, и не могут быть изменены в процессе работы вычислительной системы.

Системный уровень программного обеспечения

Этот уровень переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции.

От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств – они входят в состав программного обеспечения системного уровня.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. От них напрямую зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.

Совокупность программ системного уровня образует операционную систему компьютера. Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем. То есть наличие операционной системы – непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.

Операционные системы

Операционная система - это комплекс специальных программ и правил, предназначенных для управления загрузкой, запуском и выполнением других пользовательских программ, а также для планирования и управления ресурсами вычислительной системы и процессами, использующими эти ресурсы при вычислениях.

Операционная система представляет собой комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в систему BIOS (базовую систему ввода-вывода), с другой стороны она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений.

Приложениями операционной системы принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

Основная функция всех операционных систем – посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса:

¾ интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (пользовательский интерфейс);

¾ интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);

¾ интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

Для одной аппаратной платформы, например, такой как IBM PC, существует несколько операционных систем. Различия между ними рассматривают в двух категориях: внутренние и внешние.

Внутренние различия характеризуются методами реализации основных функций.

Внешние различия определяются наличием и доступностью приложений данной системы, необходимых для удовлетворения технических требований, предъявляемых к конкретному рабочему месту.

Важно подчеркнуть, что операционная система – это именно комплекс программ, неоднородный по характеру и многоплановый по уровню. Этот комплекс программ динамичен по своему составу: из него можно удалять, а в него добавлять различные части. Та часть программ, которая взаимодействует с аппаратными средствами непосредственно и поэтому должна постоянно храниться в компьютере, составляет ядро операционной системы. В частности, программное обеспечение, входящее в состав ядра, отвечает за проверку работоспособности компьютера и выполнение элементарных (базовых) операций, связанных с работой монитора, клавиатуры, магнитных накопителей и т.п.

Операционная система образует автономную среду, не связанную ни с одним из языков программирования. Любая прикладная программа связана с операционной системой и может эксплуатироваться только на тех компьютерах, где имеется аналогичная системная среда (или должна быть обеспечена возможность конвертации – преобразования программ).

Базовая часть операционной системы хранится в микросхемах постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Остальные программы хранятся на внешнем запоминающем устройстве, к которому может быть обеспечен относительно быстрый доступ. Например, на жестком диске. Но программы операционной системы могут храниться и на (floppy) гибком диске или CD-диске, которые в этом случае называются системными. При включении компьютера эта часть операционной системы автоматически загружается с диска в оперативную память.

Использование компьютера на уровне машинного языка затруднительно. Программы операционной системы скрывают от программиста и пользователя все реалии аппаратуры и предоставляют возможность простого, удобного просмотра указанных им файлов, чтения или записи их. Операционная система предоставляет пользователю и программисту простой файловый интерфейс и, кроме того, выполняет всю работу, связанную с обработкой прерываний, управлением таймером и оперативной памятью, а также решает другие низкоуровневые проблемы. Таким образом, благодаря операционной системе, пользователь имеет дело с абстрактной, воображаемой машиной, которая гораздо проще и удобнее в обращении, чем реальная аппаратура, лежащая в основе вычислительной системы. С этой точки зрения операционная система предоставляет пользователю и программисту некую виртуальную машину, которую легче запрограммировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину. Для реализации этой функции операционная система поддерживает два интерфейса по уровню выше аппаратного.

1. Пользовательский интерфейс - командный язык для управления функционированием компьютера и набор сервисных услуг, освобождающих пользователя от выполнения рутинных операций.

2. Программный интерфейс - набор услуг, освобождающих программиста от выполнения рутинных операций.